high temperature oxidation
در نشریات گروه مواد و متالورژی-
هدف از انجام پژوهش حاضر، بررسی عملکرد تشکیل ترک های عمودی در راستای ضخامت پوشش YSZ-40%wtAl2O3 روی YSZ و بهبود مقاومت به اکسیداسیون و شوک حرارتی پوشش های سد حرارتی با فرایند پاشش پلاسمایی اتمسفری می باشد. در این تحقیق ابتدا پودر YSZ-40%wtAl2O3 با استفاده از فرایند هم رسوبی سنتز و سپس با فرایند پاشش پلاسمایی اتمسفری روی YSZ اعمال شد. آزمون اکسیداسیون دما بالا در دمای C 1100 و آزمون شوک حرارتی در دمای C 1000 انجام گرفتند. مشخصه های ساختاری و فازی پوشش ها با استفاده از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM) و پراش سنجی پرتو X (XRD) بررسی شدند. مقایسه ی ساختاری نمونه ها نشان دادند که استفاده از ترکیب یوتکتیک YSZ-40%wtAl2O3 به دلیل کاهش دمای ذوب ترکیب و افزایش ذوب شوندگی که تماس مناسب بین اسپلت ها را به همراه دارد. این پوشش افزایش 6/18 درصدی مقاومت به اکسیداسیون را نسبت به TBC معمولی نشان داد. همچنین یافته ها نشان دادند که تجزیه پیش ماده پیرولیزنشده در ساختار پوشش YSZ-40%wtAl2O3 منجر به ایجاد ترک های عمودی در ساختار پوشش می شود که با افزایش زمان اکسیداسیون تعداد ترک های عمودی با فاصله ی مشخص در ساختار پوشش نیز افزایش خواهد یافت. همچنین قابلیت مناسب ترک های عمودی ایجاد شده در پوشش YSZ-40%wtAl2O3، از نظر تحمل تنش ها، توانایی پوشش جهت آزادسازی تنش ها در حین سیکل های حرارتی را افزایش داده و در نهایت به افزایش دوام پوشش منجر می شود.
کلید واژگان: سد نفوذی، YSZ-Al2o3، ترک عمودی، اکسیداسیون دما بالا، شوک حرارتیThe purpose of this research is to investigate the performance of vertical cracks along the thickness of YSZ-40%wtAl2O3 coating and to improve the resistance to oxidation and thermal shock of thermal barrier coatings by creating a layer of YSZ-Al2O3 applied on the YSZ by atmospheric plasma spraying. In this research, YSZ-40%wtAl2O3 powder was synthesized using co-precipitation process and then applied on the YSZ by atmospheric plasma spraying process. High temperature oxidation test at 1100 ˚C and thermal shock test at 1000 ˚C were performed. The structural and phase characteristics of the coatings were investigated using optical microscope, field emission scanning electron microscope (FE-SEM) and X-ray diffractometry (XRD). The structural comparison of the samples showed that the use of the YSZ-40%wtAl2O3 eutectic compound due to the decrease in the melting temperature of the compound and the increase in the melting which brings the proper contact between the splats. This coating showed 18.6% increase in oxidation resistance compared to conventional TBC. Also, the findings showed that the decomposition of the un-pyrolysed precursor in the coating structure of YSZ-40%wtAl2O3 leads to the creation of vertical cracks in the coating structure, which as the oxidation time increases, the number of vertical cracks with a certain distance in the coating structure will also increase. Also, the suitability of the vertical cracks created in the YSZ-40%wtAl2O3 coating, in terms of stress tolerance, increases the ability of the coating to release the stresses during thermal cycles and finally leads to increase in the durability of the coating.
Keywords: Diffusion Barrier, YSZ-Al2o3, Vertical Crack, High Temperature Oxidation, Thermal Shock -
در این تحقیق، پودر CoNiCrAlY توسط فرایندهای پاشش حرارتی سوخت اکسیژن سرعت بالا (HVOF) و پاشش پلاسمایی فشار پایین (LPPS) روی زیرلایه هایی از جنس سوپر آلیاژ پایه نیکل IN738 پوشش دهی شدند. آزمایش اکسیداسیون دمای بالا در دمای 1050 و زمان 200 ساعت در کوره مافلی روی پوشش ها انجام شد. ریزساختار و ترکیب فازی پوشش ها قبل و بعد از آزمایش اکسیداسیون توسط SEM و XRD بررسی شدند. نتایج نشان دادند که میزان تخلخل (درصد حجمی) و زبری سطح (میکرومتر) برای پوشش HVOF به ترتیب 0.6 و 4.4 و برای پوشش LPPS به ترتیب 2 و 6.62 اندازه گیری شد. پوشش HVOF شامل دو فاز -CoNiCrγ و β-(Co,Ni)Al درحالی که پوشش LPPS متشکل از تک فاز -CoNiCrγ بود. ناپدید شدن فاز β در پوشش LPPS پس از پاشش ناشی از انحلال در جت پلاسما و عدم بازیابی آن در شرایط کوئنچ سریع و انجماد غیر تعادلی بود. این فاز پس از عملیات حرارتی بازیابی شد. ریزساختار پوشش LPPS به دلیل لایه نشانی در فشار پایین اکسیژن در محفظه خلا دارای اکسید بسیار کمتری نسبت به پوشش HVOF بود. پس از 200 ساعت آزمایش اکسیداسیون، میزان فاز β (به عنوان معیار مقاومت به اکسیداسیون) به طور کامل در پوشش LPPS مصرف شد درحالی که پوشش HVOF شامل رسوبات باقیمانده β بود. میانگین ضخامت لایه TGO برای پوشش HVOF و LPPS به ترتیب 0.3± 5.2 و 0.4± 7.1 میکرومتر محاسبه شد. حضور اکسیدهای پراکنده در ریزساختار، زبری پایین تر و ساختار متراکم تر پوشش HVOF به عنوان دلایل مقاومت به اکسیداسیون بالاتر آن نسبت به پوشش LPPS پیشنهاد شدند.
کلید واژگان: پوشش Conicraly، HVOF، LPPS، پاشش حرارتی، اکسیداسیون دمای بالا.In this research, CoNiCrAlY powder was deposited by high-velocity oxy-fuel (HVOF) and low-pressure plasma spraying (LPPS) processes on IN738 nickel-based superalloy substrates. The high-temperature oxidation test was performed on the coatings at a temperature of 1050 ̊C and a time of 200 hours in a muffle furnace. The microstructure and phase composition of the coatings were investigated by SEM and XRD before and after the oxidation test. The porosity (volume percentage) and surface roughness (micrometer) were measured for HVOF coating as 0.6 and 4.4, and for LPPS coating as 2 and 6.62, respectively. The HVOF coating consisted of γ-CoNiCr and β-(Co,Ni)Al, while the LPPS coating included a single phase γ-CoNiCr. The disappearance of the β phase in the LPPS coating after spraying was due to dissolution in the plasma jet and its non-recovery in the conditions of rapid quenching and non-equilibrium solidification. This phase was recovered after heat treatment. The microstructure of the LPPS coating had much less oxide than the HVOF coating due to depositing at low oxygen pressure in the vacuum chamber. After 200 hours of oxidation test, the amount of β phase (as an oxidation resistance criterion) was completely consumed in the LPPS coating, while the HVOF coating contained the retained β deposits. The average thickness of TGO layer for HVOF and LPPS coatings was 5.2 and 7.1 μm, respectively. The dispersed oxides in the microstructure, lower roughness and denser structure of HVOF coating were reasons for the higher oxidation resistance of HVOF coating than LPPS.
Keywords: Conicraly Coating, HVOF, LPPS, Thermal Spray, High-Temperature Oxidation -
در این پژوهش، اثر فلزات پرکننده UTP 2535 Nb و UTP 3545 Nb بر ریزساختار و مقاومت اکسیداسیون فلز جوش آلیاژ 35Cr-45Ni مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس نتایج، ریزساختار فلزات جوش شامل کاربیدهای کروم و نیوبیم است که در امتداد مرزدانه های دندریتی زمینه آستنیتی رسوب یافته اند؛ با این تفاوت که ریزساختار فلز جوش ایجاد شده توسط فلز پرکنندهUTP 3545 Nb دارای کاربیدهای پیوسته تر و متراکم تر است که مربوط به درصد بالاتر کروم در این فلز پرکننده است. بر اساس نتایج آنالیز پراش اشعه ایکس نمونه های اکسید شده در دمای °C 1000 به مدت h 96، یک لایه اکسید خارجی (عمدتا شامل اکسید کروم) و یک لایه اکسید داخلی (عمدتا شامل اکسید سیلیسیم) در تمامی نمونه ها شناسایی شد. پس از آزمون اکسیداسیون، بیشترین افزایش وزن (mg/cm2 3/4) و ضخامت لایه اکسید (µm 20) مربوط به فلز جوش ایجاد شده توسط فلز پرکننده UTP 2535 Nb بود؛ در حالی که این مقادیر برای فلز جوش ایجاد شده توسط فلز پرکننده UTP 3545 Nb به ترتیب mg/cm2 6/3 وµm 20 بود. درصد بالاتر کروم در نمونه آخر سبب ایجاد یک لایه مقاوم، پیوسته و عاری از عیوب اکسید کروم بر سطح می شود که مقاومت به اکسیداسیون را می افزاید. همچنین، درصد بالاتر سیلیسیم آن سبب ایجاد یک لایه اکسید داخلی می شود که مقاومت به اکسیداسیون را افزایش می دهد.کلید واژگان: آلیاژ مقاوم به حرارت، اکسیداسیون دمای بالا، جوشکاری قوس تنگستن، اکسید کرومIn this study the effect of UTP 2535 Nb and UTP 3545 Nb filler metals on the microstructure and oxidation resistance of the weld metal of GTAW welded 35Cr-45Ni alloy have been investigated. According to the results, microstructure of the weld metals includes Cr and Nb Carides precipitating along the grain boundaries of austenitic matrix. Weld metal of the sample welded with UTP 3545 Nb filler metal showed denser and more continuous carbides which arises from higher Cr content in this filler metal. According to the XRD analysis of the oxidized weld metals at 1000 ℃ for 96 h, all samples represent an external oxide layer, mostly consist of Cr oxide and an internal oxide layer, mostly composed of Si oxide. Weld metal of the sample welded with UTP 2535 filler metal showed the highest weight gain (4.3 mg/cm2) and oxide thickness (20 μm). For the weld metal of the other sample, these values were 3.6 mg/cm2 and 11 μm, respectively. It can be attributed to the higher Cr and Si in the UTP 3545 Nb filler metal. The first element results in a resistant, continuous, and defect free external oxide on the surface, and the latter one leads to formation of a resistant internal oxide, both strongly effective in improving the oxidation resistance of the weld zone.Keywords: Heat Resistant Alloy, high temperature oxidation, GTAW, Chromium oxide
-
بررسی حاضر به تحلیل رفتار اکسیداسیون سوپرآلیاژ پایه نیکل GTD-111 در دمای °C 1000 و اتمسفر هوا می پردازد. برای این منظور، گستره ای از روش ها شامل آنالیز توزین حرارتی (TGA)، میکروسکوپی الکترونی روبشی نشر میدانی (FE-SEM)، پراش پرتو ایکس سطحی (GI-XRD) و طیف سنجی انتشار نوری تخلیه تابشی (GDOES) به کار گرفته شدند. سینتیک اکسیداسیون این آلیاژ در دمای یاد شده پس از 10 ساعت اولیه، رفته رفته از خطی وارد سهمی می شود که این موضوع همراه با تشکیل لایه اکسیدی یکنواخت بر سطح است. بر اساس تحلیل مقطی FE-SEM و GDOES، تیتانیوم را می توان اولین گونه ای در نظر گرفت که با شروع اکسیداسیون، وارد جبهه واکنش می شود. با این حال، با اکسید شدن آن و تخلیه آن در زیر جبهه اکسیداسیون، شرایط برای شکل گیری سایر اکسیدها از جمله اکسید کروم (Cr2O3) مهیا می شود. در ادامه، طی نفوذ به سمت داخل گونه های O2-، شرایط برای اکسیداسیون داخلی آلومینیوم و تشکیل جزایری از اکسیدهای Al2O3 فراهم می شود. بدینسان، پس از 100 ساعت اکسیداسیون، ترکیب شیمیایی فیلم اکسیدی مشتمل بر ناحیه درونی غنی از آلومینیوم، ناحیه بیرونی غنی از تیتانیوم و لایه میانی غنی از کروم است. نتایج GI-XRD نیز موید تشکیل فازهای اکسیدی یاد شده است. در این دما، اثری از جدایش پوسته اکسیدی و تشکیل اکسیدهای نیکل پس از 100 ساعت اکسیداسیون مشاهده نشد.
کلید واژگان: سوپرآلیاژ نیکل GTD-111، اکسیداسیون دما بالا، GI-XRD، TGA، GDOESThe present study investigates the oxidation behavior of GTD-111 nickel base superalloy at 1000 °C in air. To this aim, several techniques including thermal gravimetric analysis (TGA), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), grazing incidence X-ray diffraction (GI-XRD) and glow discharge optical emission spectroscopy (GDOES) were employed. The oxidation kinetics of this superalloy alters from linear to parabolic after 10 h exposure which is accompanied by the formation of a uniform surface oxide layer. Based on the cross-sectional analysis of FE-SEM and GDOES, Ti can most probably be considered as the first species which enters the reaction front when oxidation begins. However, as a result of its oxidation, Ti is depleted just beneath the oxide scale, and conditions changes in favor of the formation of other oxides, namely, Cr2O3. Subsequently, due to the internal diffusion of O2- species, Al is internally oxidized, and islands of Al2O3 form underneath the oxide layer. After 100 h of oxidation, the chemical composition of the oxide film consists of an Al-rich inner region, a Ti-rich outer region, and a Cr-rich intermediate layer. GI-XRD results also confirmed the formation of mentioned oxide phases. No indication of oxide spallation and formation of nickel oxides were observed even after 100 h of oxidation.
Keywords: GTD-111 nickel superalloy, High temperature oxidation, GI-XRD, TGA, GDOES -
در این مطالعه رفتار اکسیداسیون فرسایشی آلیاژهای Ni-20Cr-3Mo-4Fe حاوی مقادیر 0، 2 و 4 درصد وزنی سیلیسیم موردمطالعه قرار گرفت. نمونهها به مدت 250 ساعت مورد برخورد ماسه داغ با دمای °C 700 آغشته به wt.% 5/0 مخلوط نمکهای NaCl و KCl قرار گرفتند. میزان آسیب نمونهها با اندازهگیری ضخامت نمونهها پیش و پس از آزمون مورد ارزیابی قرار گرفت. نمونه حاوی wt.% 4 سیلیسیم کاهش ضخامتی حدود 45% بیشتر از نمونه فاقد سیلیسیم نشان داد. با توجه به زدوده شدن قسمت اعظم لایه اکسیدی در آزمون اکسیداسیون فرسایشی، برای شناسایی بهتر رفتار اکسیدهای سطحی، نمونهها در یک کوره تیوبی در دمای °C 520، تحت محیطهای هوا و هوا+کلر به مدت 100 ساعت مورد آزمایش اکسیداسیون قرار گرفتند. نکته جالبتوجه، مقاومت بالاتر نمونههای حاوی سیلیسیم بود. بررسیهای میکروسکوپی الکترونی نشاندهنده تاثیر سیلیسیم بر کاهش نرخ اکسیداسیون، کاهش مقاومت به پوستهشدن و افزایش ضریب نفوذ در هم کروم و درنتیجه ممانعت از ایجاد ناحیه فقیر از کروم در نمونههای حاوی سیلیسیم بود.
کلید واژگان: آلیاژ Ni-20Cr-3Mo-4Fe، اکسیداسیون فرسایشی، اکسیداسیون دمابالا، سیلیسیمThe high-temperature erosion-oxidation behavior of a Ni-20Cr-3Mo-4Fe alloy containing 0, 2, and 4 wt.% of Si was studied. The specimens were exposed to 700 °C silica sand mixed with 0.5 wt.% of NaCl-KCl salt for 250 h. The difference in the thickness of the samples before and after the erosion-oxidation test was the measure for the material loss. The sample comprising 4 wt.% of Si showed a thickness reduction of about 45 percent higher than the Si-free specimen. Since the oxide scale is mostly removed by the eroding particles, the specimens were oxidized in the atmospheres of moving air and air+chlorine in a tube furnace at 520 °C for 100h to better understand the behavior of oxide scales. The Si bearing alloys were interestingly of higher corrosion resistance. The results of microscopic evaluations were indicative of the effects of Si on the reduction of oxidation rate, deteriorating spalling resistance, and increasing the Cr interdiffusion coefficient in the alloy and a subsequent reduction in the Cr-depleted zone.
Keywords: Ni-20Cr-3Mo-4Fe alloy, Erosion-oxidation, high-temperature oxidation, silicon -
قطعات خام و پیش اکسید شده AISI430 با اسپینل فریت مس به روش چاپ صفحه ای پوشش داده شدند. فرایند تف جوشی واکنشی پوشش احیا شده موجب ایجاد یک اتصال خوب شد. آزمون طیف سنجی توزیع انرژی بیانگر تشکیل یک ساختار دولایه شامل یک زیرپوسته غنی از اکسید کروم و یک لایه اسپینلی بیرونی غنی از Cu/Fe بود. نتایج نشان داد که لایه حفاظتی اسپینلی نه تنها باعث کاهش چشمگیر مقاومت ویژه سطحی شد، بلکه با عمل کردن به عنوان یک مانع برای نفوذ به داخل اکسیژن، از رشد زیرپوسته نیز جلوگیری کرده است. پس از 400 ساعت اکسیداسیون، مقدار مقاومت ویژه سطحی نمونه های خام و پیش اکسید شده پوشش داده شده به ترتیب 19/7 و 32/5 میلی اهم در سانتی متر مربع در 800 درجه سانتی گراد اندازه گیری شد که بسیار کمتر از مقدار آن برای زیرلایه خام بدون پوشش (153/4 میلی اهم در سانتی متر مربع) بود. اعمال پوشش همچنین باعث ایجاد یک مقاومت ویژه سطحی کم و پایدار (20/5 میلی اهم در سانتی متر مربع) پس از 600 ساعت اکسیداسیون در 800 درجه سانتی گراد شد. هدایت الکتریکی بالای CuFe2O4 و آلایش آن توسط منگنز، کاهش رشد پوسته اکسیدی Cr2O3 و چسبندگی خوب بین پوشش و زیرلایه از جمله عوامل بهبود اساسی هدایت الکتریکی بودند. مقایسه نتایج این تحقیق با تحقیق پیشین نویسندگان نشان داد این زیرلایه با پوشش فریت مس می تواند جایگزین مناسبی برای اتصال دهنده های Crofer 22 با قیمت بالاتر باشد.
کلید واژگان: اکسیدهای اسپینلی، پوشش های محافظ، اتصال دهنده آلیاژی، پیل سوختی اکسید جامد، پوسته اکسید کروم، اکسیداسیون دمابالاThe bare and pre-oxidized AISI 430 pieces were screen printed by copper ferrite spinel coatings. Good bonding between the coating and the substrate was achieved by the reactive sintering process of the reduced coating. The energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analysis revealed that the scale is a double layer consisting of a chromia-rich subscale and an outer Cu/Fe-rich spinel. The results showed that the spinel protection layer not only significantly decreased the area specific resistance (ASR), but also inhibited the subscale growth by acting as a barrier to the inward diffusion of oxygen. ASRs of 19.7 and 32.5 mΩ.cm2, much lower than that of the bare substrate (153.4 mΩ.cm2), at 800 °C after 400 h oxidation were achieved for the bare and pre-oxidized copper ferrite spinel coated samples, respectively. Excellent, stable ASR (20.5 mΩ.cm2) was obtained with copper ferrite coating after 600 h of exposure at 800 °C. The high electrical conductivity of CuFe2O4 and its doping by Mn, the growth reduction of Cr2O3 oxide scale and the good coating to substrate adherence are proposed to be responsible for substantial improvement in electrical conductivity.
Keywords: Spinel oxides, Protective coatings, Alloy interconnect, Solid oxide fuel cell, Chromium oxide scale, High temperature oxidation -
در این تحقیق ابتدا پوشش سپرحرارتی NiCrAlY/YSZ با روش پاشش پلاسمایی اعمال و سپس یک لایه سد نفوذی آلومینا با دو فرایند پاشش پلاسمایی محلول پیش ماده و پاشش شعله ای محلول پیش ماده بر روی YSZ لایه نشانی شد. آزمون های اکسیداسیون دما بالا و شوک حرارتی در دمای C 1100 انجام گرفتند. مشخصه های ساختاری پوشش ها با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM) بررسی شدند. مقایسه ی ساختاری نمونه ها نشان داد که اعمال پوشش آلومینا با فرایند پاشش شعله ای محلول پیش ماده سبب افزایش خواص حرارتی پوشش ها می شود. خواص اکسیداسیون دمای بالا و مقاومت در برابر شوک حرارتی پوشش های YSZ/Al2O3 با آلومینای ایجادشده به روش پاشش حرارتی محلول پیش ماده با ترکیب مشابه مورد بررسی قرار گرفت. یافته ها نشان دادند که اعمال آلومینا به روش پاشش شعله ای محلول پیش ماده منجر به افزایش مقدار اسپلت های تشکیل شده می شود که تماس مناسب بین اسپلت ها، سبب کاهش نفوذ مولکول های اکسیژن می شود که در جهت کاهش ضخامت لایه TGO و همچنین افزایش مقاومت در برابر شوک حرارتی عمل می کند.
کلید واژگان: پوشش سپرحرارتی، سد نفوذی آلومینا، پاشش حرارتی محلول پیش ماده، اکسیداسیون دما بالا، شوک حرارتیIn this research, a double layer thermal barrier coating was applied and then an alumina diffusion barrier layer was deposited on the YSZ by two solution precersore plasma and solution precersore flame spraying. High temperature oxidation and thermal shock resistance tests were done at 1100˚C. Microstructure of coatings were studied by optical Microscopy and Field Emission Scanning Electron Microscopy. Comparison of the microstructures of coatings showed that applying of Alumina with the solution precursor flame spray process upgrades the thermal properties. High temperature oxidation and thermal shock resistance of YSZ/Al2O3 coatings with Alumina applied by the solution precersoure thermal spray with the same compound were studied. Findings showed that applying alumina with the solution precursor flame spray process leads to increase the amount of the deposited splats and proper contact between them, causes to decrease the diffusion of O2 and as a result TGO thickness decreases and also thermal shock resistance increases.
Keywords: thermal barrier coating, Alumina Diffusion Barrier, Solution Precersoure Thermal Spray, high temperature oxidation, Thermal Shock -
پوشش های سد حرارتی به عنوان یکی از پوشش های دما بالا، به طور گسترده ای به منظور بهبود عملکرد پره ی موتورهای توربینی و به ویژه توربین های گازی مورد استفاده قرار می گیرند. هدف از این پژوهش بررسی خواص ترمومکانیکی، مقاومت به خوردگی داغ و اکسیداسیون دما بالای پوشش های سد حرارتی زیرکونیایی مرسوم و بهبود عملکرد آن ها با استفاده از افزودن پایدار کننده ی سریا به ترکیب است. برای این منظور، پوشش های CoNiCrAlY/YSZ و CoNiCrAlY/CYSZ بر روی زیرلایه هایی از جنس IN738LC توسط روش پاشش پلاسمای اتمسفری اعمال شدند. رفتار ترمومکانیکی پوشش ها توسط اندازه گیری انبساط حرارتی آن ها مورد بررسی قرار گرفت. رفتار خوردگی داغ و اکسیداسیون پوشش ها به روش کوره ای، در دماهای °C 1050 و °C 1100 با سیکل های 4 ساعته، با و بدون اعمال مخلوط نمک خورنده ی Na2SO4-V2O5 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد که پوشش CYSZ دارای ضریب انبساط حرارتی بالاتری نسبت به پوشش YSZ است. همچنین بررسی های ریزساختاری و فازی پوشش ها به وسیله ی آنالیزهای SEM/EDS و XRD قبل و بعد از آزمون های خوردگی داغ و اکسیداسیون نشان دهنده ی مقاومت بهتر پوشش CYSZ در مقایسه با پوشش YSZ است.کلید واژگان: پوشش های سد حرارتی، پاشش پلاسمای اتمسفری، خوردگی داغ، اکسیداسیون دما بالا، انبساط حرارتیThermal barrier coatings (TBCs) as one of the high temperature coatings are widely used to improve the performance of the blades of turbine engines and in particular gas turbines. The purpose of this study was to investigate the thermo-mechanical properties, hot corrosion resistance and high temperature oxidation of conventional zirconia TBC coatings and improve their performance by adding cerium oxide stabilizer to the compound. For this purpose, CoNiCrAlY/YSZ and CoNiCrAlY/CYSZ coatings were applied to substrates of IN738LC by atmospheric plasma spraying. Thermomechanical behavior of the coatings was investigated by measuring the thermal expansion of the coatings. Hot corrosion behavior and oxidation of the coatings by furnace method were investigated at 1050 °C and 1100 °C with 4-hour cycles, with and without the applied of a mixture of corrosive salts (Na2SO4 -V2O5 ). The results showed that CYSZ coating has a higher thermal expansion coefficient than YSZ coating. Microstructural and phase studies of coatings by SEM/EDS and XRD analysis before and after hot corrosion and oxidation tests showed better resistance to CYSZ coating than YSZ coatings.Keywords: Thermal barrier coatings, Atmospheric plasma spray, Hot corrosion, High temperature oxidation, Thermal expansion -
در این مقاله هدف مطالعه رفتار خوردگی داغ و پایداری حرارتی پوشش نانوساختار سد حرارتی زیرکونیای پایدار شده با ایتریا (8YSZ) است. برای این منظور بر زیرلایه هایی از جنس فولاد زنگ نزن، دولایه پوشش از جنس NiCrAlY با ضخامت 150 میکرومتر و YSZ نانوساختار با ضخامت 300 میکرومتر توسط فرآیند پاشش پلاسمایی اتمسفری (APS) اعمال شد. آزمون اکسیداسیون چرخ های در دمای 1000 درجه سانتی گراد و چرخه های 10 ساعته به منظور ارزیابی پایداری حرارتی پوشش انجام شد. آزمون خوردگی داغ نوع اول در دمای 950 درجه سانتی گراد به مدت 4 ساعت با حضور نمک های Na2SO4 و V2O5 صورت گرفت. نتایج نشان داد که پوشش نانوساختار YSZ با دانه های کمتر از 100 نانومتر به دلیل بالایی که در مقابل یون اکسیژن دارد، تاثیر قابل توجهی در کاهش رشد لایه TGO نداشته است. اما نتایج آزمون خوردگی داغ، تشکیل بلورهای YVO4 بر سطح پوشش نانوساختار YSZ را نشان می دهد که به دلیل نفوذ پذیری بالای پوشش نانوساختار که از سطح تا عمق پوشش YSZ وجود دارد مقداری از وانادیم نیز به قسمت های پایین تر لایه نانوساختار YSZ نفوذ کرده است.کلید واژگان: پوشش سد حرارتی نانوساختار، زیرکونیای پایدار شده با ایتریا، اکسیداسیون دمای بالا، پاشش پلاسمای اتمسفری، خوردگی داغThe aim of this work, the behavior of hot corrosion and thermal stability of nanostructured thermal barrier coating made by yttria stabilized zirconia (8YSZ) was studied. For this purpose, on the stainless steel substrates double layer of NiCrAlY with thickness of 150 μm and nanostructured YSZ with thickness of 300 μm was deposited using atmospheric plasma spraying process. The high temperature cyclic oxidation test at 1000oC and 10-hour periods was performed in order to check the coating resistance against oxidation and thermal cycles. Type I hot corrosion test was carried out at 950oC for 4-hour combining with salts such as V2O5 and Na2SO4. The results show that the nanostructured coating with grain sizes less than 100nm in order to high oxygen ion permeability did not have a significant effect on reducing the TGO layer growth. However, the results of the hot corrosion test were showing that the formation of YVO4 crystals on the surface of the nanostructured YSZ coating. Due to the high diffusionability of nanostructured coating from the top surface to the depth of YSZ some vanadium diffused to the lower layer of YSZ nanostructured coating.Keywords: Nanostructured Thermal barrier coating, Yttria stabilized zirconia, High temperature oxidation, Air plasma spray, Hot corrosion
-
در این پژوهش مطالعات ریزساختاری، سختی سنجی، چقرمگی شکست و رفتار اکسیداسیون دمای بالای پوشش های استلایت6 و NiCrBSi تولید شده به روش پاشش حرارتی و جوشکاری سطحی بر روی فولاد ابزار گرمکار H13 مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی های ریزساختاری مواد اولیه و پوشش های بدست آمده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ نوری انجام گرفت و سختی نمونه ها با استفاده از روش میکروسختی ویکرز در بار 300 گرم بدست آمد. همچنین چقرمگی شکست پوشش ها با استفاده از روش سختی سنج ویکرز در بارهای 5/1 تا 200 کیلوگرم انجام گرفت. به منظور بررسی رفتار اکسیداسیون پوشش ها، نمونه های بدست آمده در بازه های زمانی 2، 5، 15 و 50 ساعت در دمای 750 درجه سانتیگراد قرار گرفتند. در ادامه لایه اکسیدی تشکیل شده بر سطح نمونه ها با استفاده از آنالیز پراش اشعه ایکس (XRD) استفاده شد. نتایج آزمون اکسیداسیون نشان داد که به دلیل تشکیل لایه متراکم و یکنواخت Cr2O3در پوشش استلایت6 که به روش پاشش حرارتی بدست آمده است، این پوشش پایین ترین نرخ اکسیداسیون را از خود نشان داده است. از طرف دیگر لایه اکسیدی تشکیل شده بر سطح پوشش استلایت6 حاصل از روش جوشکاری سطحی، بیشتر از فازهای اسپینل تشکیل شده است که این امر به تشکیل فازهای کمپلکس در حین جوشکاری نسبت داده شده است.کلید واژگان: اکسیداسیون دمای بالا، فولاد گرمکارH13، پاشش حرارتی، استلایت 6، NiCrBSi، GTAWIn this study, microstructure investigation, micro-hardness, fracture toughness and oxidation behavior of stellite6 and NiCrBSi coating produced with HVOF and GTAW methods has been investigate. The microstructure investigation of raw materials and coatings do with Secondary Electron Microscopy (SEM) and Optical Microscopy (OM). A Vickers micro-hardness meter used to study of hardness of coatings with 300 gr load. The fracture toughness of coatings investigated with Vickers hardness meter on the 1.5 to 200 Kg load. Oxidation behavior investigation of coatings carried out at 750 °C for 2, 5, 15 and 50 hrs. The oxide layer formed on the coatings during oxidation test studied with X-Ray Diffraction method. The oxidation results show the layer of Cr2O3 formed on the thermal sprayed Stellite6 coating. It caused to this coating show lower oxidation rate among all coatings. But, on the oxide layer of Stellite6 cladding coating, the spinel oxide phases are major phase, that are formed due to complex phase formed during surface welding.Keywords: high temperature oxidation, H13 Hot work steel, thermal spray, stellite6, NiCrBSi, GTAW
-
در این پژوهش به بررسی اثر پارامترهای مختلف فرایند پوشش دهی بر خواص نهایی پوشش های پاشش حرارتی بدست آمده از روش HVOF پرداخته شده است. بدین منظور با استفاده از فرایند پاسخ سطح، برای چهار پارامتر تاثیرگذار فرایند HVOF که شامل نرخ تزریق سوخت، نرخ تزریق اکسیژن، نرخ تزریق پودر و فاصله پاشش، پنج سطح مختلف در نظر گرفته شد و پاسخ های حداقل تخلخل و حداقل ضخامت لایه اکسیدی به عنوان عوامل بهینه کننده انتخاب گردید. به منظور بررسی ریزساختار پوشش ها، ضخامت لایه اکسیدی و تخلخل سنجی از میکروسکوپ الکترونی و روش آنالیز تصویری استفاده شد. آزمون اکسیداسیون در دمای 1100 درجه سانتیگراد و به مدت 50 ساعت بر روی نمونه های پوشش داده شده انجام شد. نتایج نشان داد که پارامترهای نرخ تزریق اکسیژن و نرخ تزریق پودر، نرخ تزریق سوخت و نرخ تزریق پودر و همچنین نرخ تزریق پودر و فاصله پاشش به صورت دو به دو، داری اثر متقابل بر روی یکدیگر در میزان ضخامت لایه اکسیدی می باشند. همچنین برخلاف دیگر عوامل که تاثیر متقابل زیادی بر روی تخلخل پوشش ها نداشتند، دو عامل نرخ تزریق اکسیژن و نرخ پودر و همچنین نرخ تزریق سوخت و نرخ تزریق پودر تقابل بسیار اندکی بر میزان تخلخل دارند. بررسی نمونه پوشش دهی شده با پارامترهای بهینه شده نشان داد که میزان تخلخل پوشش در حدود 5/0% و ضخامت لایه اکسیدی در حدود 3/5 میکرومتر می باشدکلید واژگان: MCrAlY، اکسیداسیون دمای بالا، پاشش حرارتی، روش سطح پاسخIn this research, effects of different coating process parameters on the final properties of thermal spray coatings obtained from HVOF method are investigated. For this aim, five different levels are considered for four effective parameters (Fuel injection rate, oxygen injection rate, powder injection rate and spray distance) on HVOF process by response surface method (RSM) and minimum porosity and minimum oxidation layer thickness are considered as the responses. To investigate the microstructure of coatings, Thermal Grown Oxide (TGO) thickness and porosity, a Scanning Electron Microscopy (SEM) and image analysis method are applied. Oxidation test has done at1100ºC for 50 hours on coated samples. Results show that (oxygen injection rate and powder injection rate), (fuel injection rate and powder injection rate), (powder injection rate and spray distance) have a reaction on each other in the TGO thickness value. Also, (oxygen injection rate and powderinjectionrate), (fuel injection rate and powder injection rate) have a little reaction on the porosity against the other parameters which havent any effect on it. Investigation of the coated sample with optimized parameters reveals that porosity of the coating is about 0.5% and TGO thickness is about 5.3 micrometer.Keywords: MCrAlY, high temperature oxidation, HVOF, RSM
-
مجله مهندسی متالورژی، پیاپی 66 (تابستان 1396)، صص 109 -120رفتار خوردگی پوشش آلومیناید آهن Fe3Al حاصل از عملیات آلیاژسازی سطحی با استفاده از روش TIG در جریان 40 آمپر روی فولاد ساده کربنی در محیط هوا مورد مطالعه قرار گرفت. آزمایش خوردگی در دماهای 700 و °C 900 و زمان های 4 تا 100 ساعت انجام شد. میکروسکوپ الکترونی روبشی و تفرق اشعه ایکس برای بررسی میکروساختار پوشش و رفتار اکسیداسیون آن مورد استفاده قرار گرفتند. داده های مربوط به افزایش وزن نمونه ها مورد تحلیل قرار گرفت و بررسی ثوابت نرخ خوردگی حاکی از برقراری قانون پارابولیکی خوردگی بود. نتایج بررسی ها روی فازهای حاصل از خوردگی نشان داد که در مراحل اولیه فاز اکسید آلومینیم θ تشکیل شده اما در زمان های طولانی تر با آلومینای پایدار α جایگزین می شود. در تصاویر SEM مشخص است که در دماها و زمان های پایین تر که فاز θ پایدار است پدیده پوسته ای شدن بیشتر مشاهده می شود اما با غلبه ی فاز α این پدیده کاهش می یابد.کلید واژگان: آلیاژسازی با TIG، اکسیداسیون دمای بالا، پوشش Fe3AlJournal of Iranian Metallurgical and Materials Engineering Society, Volume:20 Issue: 66, 2017, PP 109 -120The isothermal high temperature corrosion behavior of an Fe3Al coating coated on plain carbon steel through tungsten inert gas (TIG) surface alloying with current of 40A was studied in the atmosphere of air. The specimens were tested at 700 and 900 °C for 4100 h. SEM, EDS and XRD analyses were utilized to study the oxidation behavior of the iron aluminide intermetallic coating. The weight gain data determined a parabolic rate law. The results also revealed that the initial scale formed on the coating was predominately θ-Al2O3 which was substituted by α-Al2O3 after about 64 hours. The SEM observation and XRD results illustrated that at shorted times, when the θ phase was stable, spalling was more usual while with the increase in the amount of the α phase the spalling decreased significantly. The EDS results confirmed the presence of aluminum oxide at shorted times and iron oxide at longer times.Keywords: TIG surface alloying, high temperature oxidation, Fe3Al coating
-
Hot dip aluminizing was carried out on the low carbon steel rod under optimized conditions. The aluminized samples were further oxidized at 1000̊C in air atmosphere at two different times of 20 and 60 minutes. Microstructure study and phase analysis were studied by scanning electron microscopy and X-ray diffraction methods, respectively. The characterization of the coating showed that, Fe2 Al5 has been the major phase formed on the surface of specimen before heat treatment. Following the oxidation of the coating at high temperature, Al 2O3 was formed on the surface of coating while Fe 2 Al5 transformed into FeAl and Fe 3 Al which are favorable to the hot corrosion resistance of the coating. Corrosion resistance of aluminized samples before and after heat treatment was evaluated by rotating the samples in the molten aluminum at 700 ̊C for various times and the dissolution rate was determined. The obtained results showed that by oxidizing the coating at high temperature, the corrosion resistance of the samples in molten aluminum improves significantly.Keywords: low carbon steel, hot dip aluminizing, high temperature oxidation, corrosion
-
Surface alloying of aluminum into AISI 316 austenitic stainless steel was prepared by electroplating nickel layer followed by a single-step high-activity aluminizing process. After aluminization, the surface microstructure of stainless steel consist of β-(Fe, Ni)Al as matrix with β-FeAl+ α-(Fe, Cr) precipitates. Aluminized coating on specimens with 10 and 20 μm primary thickness of nickel layer made up of two layers; a thin layer of β-NiAl and a β-(Fe, Ni)Al layer. In the case of the nickel layer with thickness of 50 μm, the coating showed three layers: β-NiAl and Ni3Al phase and layer of remained Ni was also determined. Oxidation test at 950ºC was carried out for 157 hours to evaluate the coatings. By increasing primary electroplated nickel to 100μm, the weight gain of aluminized specimens decreased from 2.95 to 1.44g/cm2. Surface morphology of oxide scale on Th 100 after oxidation for 160 h at 950°C showed the stable α-Al2O3 and it can be confirmed from the XRD results.Keywords: Aluminide, Coating, High temperature Oxidation, Nickel electroplating, Single step high, activity aluminizing
-
در این پژوهش به منظور افزایش سختی و مقاومت به اکسیداسیون پوشش های CoNiCrAlY و مقایسه آن با پوشش تجاری، پودرهای کامپوزیتی و نانوساختار CoNiCrAlY + YSZ به روش آسیاب کاری مکانیکی تهیه شدند. برای این کار مقادیر صفر، 5، 10 و 15 درصد YSZ به پودر CoNiCrAlY اضافه شد. سپس پوشش های مورد نظر و پوشش تجاری با استفاده از روش HVOF بر روی زیرلایه Inconel 617 اعمال گردید. برای ارزیابی پوشش ها از میکروسکوپ الکترونی روبشی، پراش اشعه ایکس و میکروسختی سنج استفاده شد. نتایج نشان داد پوشش های دارای سرامیک در حین پاشش رشد دانه کمتری از خود نشان داده اند. افزودن YSZ به پوشش CoNiCrAlY باعث شده است که تخلخل پوشش افزایش یابد، ولی سختی پوشش در حدود 100% افزایش یافته است. به علت افزایش تخلخل پوشش ها مقاومت به اکسیداسیون پوشش های کامپوزیتی کاهش یافته است.
کلید واژگان: CoNiCrAlY، YSZ، HVOF، کامپوزیت نانوساختار، اکسیداسیون دما بالاIn this study the effect of addition YSZ on structural properties and oxidation resistance of CoNiCrAlY/YSZ composite were investigated. CoNiCrAlY/YSZ composite powders produced by mechanical alloying process. Various amounts of YSZ particles (0%, 5%, 10% and 15 wt.%) were mixed with CoNiCrAlY powder and milled for 12, 24 and 36 h, then composite and commercial coating were deposited with high velocity oxy -fuel method on the inconel 617 substrate. The structural and mechanical evolutions of the coatings were evaluted using X-ray diffractometry, scanning electron microscopy and microhardness test. It was observed that by increasing YSZ content, porosity of coatings were increased and hardness of coatings were increased too. Also, addition of YSZ to CoNiCrAlY decreased the rate of grain growth in thermal spray process and heat treatment. Increase of porosity result to decreasing oxidation resistance of coatings.Keywords: CoNiCrAlY, YSZ, HVOF, nanostructured coating, high temperature oxidation -
در این تحقیق، ترکیب پودری 76Mo-14Si-10B و 33Mo-57Si-10B (برحسب درصد اتمی) به کمک آسیاب سایشی آلیاژسازی مکانیکی شدند. به منظور تشکیل ترکیبات بین فلزی، پودرهای به دست آمده عملیات حرارتی شدند و پودرهای به دست آمده همراه با پودرهای بدون ترکیب بین فلزی، پس از آگلومراسیون، به کمک روش پلاسمایی روی زیرلایه هایی از فولاد ساده کربنی پاشش حرارتی شدند. نمونه های فولادی در شرایط بدون پوشش و همراه با پوشش، تحت فرایند اکسایش پیوسته قرار گرفته و همزمان تغییرات وزن آنها ثبت شد. خصوصیات فازی و ساختاری پودرها، پوشش و لایه اکسیدی به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش پرتو ایکس تجزیه و تحلیل شدند. نتایج حاصله نشان داد که با اعمال پوشش Mo-Si-B حاوی ترکیبات MoSi2، Mo5Si3، MoB و ترکیب مهم Mo5SiB2، نرخ اکسایش فولاد به طور قابل توجهی کاهش یافته و با توجه به نتایج پراش پرتو ایکس پوشش، ترکیبات اعمالی روی فولاد، تفاوت خاصی را قبل و بعد از فرایند اکسایش از خود نشان نمی دهند. ضمن آن که پوشش Mo-Si-B فاقد ترکیبات بین فلزی فوق، تاثیر قابل توجهی بر فرایند اکسایش ندارد.
In this study, Mo-14Si-10B and Mo-57Si-10B (at%) elemental powders were separately milled using an attritor mill.Mechanically alloyed powders were agglomerated and annealed. Then, powders of Mo-Si-B as alloyed (with composites) and agglomerated (without composites) were plasma sprayed onto plain carbon steels. The samples, both coated and noncoated,were subjected to isothermal oxidation tests. Metallurgical characteristics of powders and coatings were evaluated by SEM and XRD. Plasma-sprayed Mo-Si-B coatings (with phases of MoSi2, Mo5Si3, MoB and Mo5SiB2) greatly improved the oxidation resistance of the plain steel substrates, but plasma-sprayed Mo-Si-B coatings (without any phases) did notsignificantly improve the oxidation rate of substrates. Also, the kinetics and composition of the oxide-scale have been found to depend on the alloy composition.Keywords: Mechanical alloying, Thermal spraying, High temperature oxidation, Molybdenum silicides, Mo, Si, B
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.